北方某核電廠升功率物理試驗(yàn)優(yōu)化的論證及實(shí)施

郭 建，曹云龍

(遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧大連116001)

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北方某核電廠升功率物理試驗(yàn)優(yōu)化的論證及實(shí)施

郭 建，曹云龍

(遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧大連116001)

在核電廠反應(yīng)堆換料后提升堆芯功率的物理試驗(yàn)中，在不同的功率平臺(tái)氙濃度的分布需要等待24h才能穩(wěn)定。隨著軟件的升級(jí)，已經(jīng)可以計(jì)算氙毒未穩(wěn)定情況下的理論數(shù)據(jù)庫(kù)。本文采用SCIENCE軟件對(duì)不同功率平臺(tái)不同運(yùn)行時(shí)間間隔的通量圖試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行模擬計(jì)算，理論分析表明，機(jī)組在功率平臺(tái)穩(wěn)定6h進(jìn)行物理試驗(yàn)是滿足安全要求的。根據(jù)該電廠1號(hào)機(jī)組第4循環(huán)首次啟動(dòng)物理試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析比較，得出結(jié)論：在不同的功率平臺(tái)，堆芯連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行6h后，進(jìn)行通量圖測(cè)量試驗(yàn)是可行的。關(guān)鍵詞： 物理試驗(yàn)； 氙平衡； 低功率臺(tái)階

1 引言

北方某核電廠在換料大修后的提升功率過(guò)程中，規(guī)定了在30%FP、75%FP、87%FP(必要時(shí))、100% FP的功率平臺(tái)，進(jìn)行全堆芯通量圖測(cè)量試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)堆芯徑向功率分布圖的分析，核查堆芯裝料情況，檢查安全準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是否得到遵守，驗(yàn)證換料核設(shè)計(jì)報(bào)告的準(zhǔn)確性。在30%FP、75%FP、87%FP(必要時(shí))功率平臺(tái)穩(wěn)定時(shí)間為24h，100%FP功率平臺(tái)穩(wěn)定時(shí)間為48h。

制約功率平臺(tái)穩(wěn)定時(shí)間的關(guān)鍵因素為氙毒，由于氙毒的固有特性，氙毒在功率平臺(tái)穩(wěn)定24h后才能基本穩(wěn)定，在氙濃度和分布達(dá)到平衡前，氙毒的空間分布每時(shí)每刻都受運(yùn)行狀態(tài)的影響。以前的理論計(jì)算很難精確模擬非穩(wěn)定運(yùn)行下的氙毒空間變化，因此常規(guī)的做法是在每個(gè)功率平臺(tái)穩(wěn)定至少24h后再進(jìn)行通量圖測(cè)量工作。

為了提高核電廠的負(fù)荷因子和經(jīng)濟(jì)性，結(jié)合國(guó)外的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)展了換料后升功率期間氙未平衡條件下物理試驗(yàn)的論證，即將升功率平臺(tái)穩(wěn)定時(shí)間由24h縮短為6h。隨著軟件的升級(jí)，已經(jīng)可以計(jì)算在氙毒未穩(wěn)定情況下的理論數(shù)據(jù)庫(kù)。EDF電站的900MW機(jī)組已經(jīng)在2012年實(shí)施了升功率平臺(tái)優(yōu)化，平臺(tái)穩(wěn)定時(shí)間減少到6h，西屋電站的某些機(jī)組也已經(jīng)完成優(yōu)化。優(yōu)化前后對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 升功率物理試驗(yàn)優(yōu)化前后對(duì)比

2 理論計(jì)算分析

本文理論計(jì)算分析部分使用的軟件是SCIENCE，理論數(shù)據(jù)來(lái)源于該核電廠1號(hào)機(jī)組第4循環(huán)(H1C04)的FINALMODEL模塊。

2.1 軸向功率偏差對(duì)比

圖1 升功率理論ΔI走勢(shì)圖Fig.1 The Trend of Theory ΔI of Power Escalation

2.2 焓升因子(FTΔH)對(duì)比

模擬升功率平臺(tái)穩(wěn)定6h和24h情況下的焓升因子FTΔH，計(jì)算結(jié)果表明在每個(gè)平臺(tái)穩(wěn)定6h和24h的FTΔH理論值偏差小于1%。在平臺(tái)穩(wěn)定期間，即使在ΔI震蕩時(shí)焓升因子變化量也是有限的，滿足安全準(zhǔn)則且裕度較大。見(jiàn)圖2。

圖2 升功率平臺(tái)穩(wěn)定6h和24h情況下焓升因子(FTΔH)走勢(shì)圖Fig.2 Trend of Enthalpy Rise Factor(FTΔH) at 6h and 24h of Power Escalation Level

2.3 熱點(diǎn)因子(QT(Z))對(duì)比

模擬升功率平臺(tái)穩(wěn)定6h和24h情況下熱點(diǎn)因子QT(Z)，結(jié)果表明在每個(gè)平臺(tái)穩(wěn)定6h和24h的QT(Z)理論值偏差小于1%。在平臺(tái)穩(wěn)定期間，即使在ΔI震蕩時(shí)熱點(diǎn)因子變化量也是有限的，滿足安全準(zhǔn)則且裕度很大。見(jiàn)圖3。

圖3 升功率平臺(tái)穩(wěn)定6h和24h情況下熱點(diǎn)因子(QT(Z))走勢(shì)圖Fig.3 Trend of Hotspot Factor(QT(Z))at 6h and 24h of Power Escalation Level

2.4 平臺(tái)穩(wěn)定分析

通過(guò)模擬30%FP和75%FP功率平臺(tái)穩(wěn)定期間軸向功率分布隨時(shí)間的演變情況發(fā)現(xiàn)，堆芯在不同時(shí)間的軸向功率分布有較大變化，見(jiàn)圖4和圖5(因SCIENCE軟件將堆芯高度分為57個(gè)截面，所以圖中橫坐標(biāo)的57對(duì)應(yīng)堆頂，下同)。所以在不同穩(wěn)定時(shí)間需要使用相應(yīng)的氙瞬態(tài)理論庫(kù)對(duì)堆芯進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖4 30%FP功率平臺(tái)軸向功率分布圖Fig.4 Axial Power Distribution at 30%FP Power Level

圖5 75%FP功率平臺(tái)軸向功率分布圖Fig.5 Axial Power Distribution at 75%FP Power Level

2.5 理論分析總結(jié)

通過(guò)對(duì)軸向功率偏差、焓升因子、熱點(diǎn)因子和平臺(tái)穩(wěn)定性的分析，可以得出以下結(jié)論：升功率平臺(tái)穩(wěn)定6h的ΔI波動(dòng)幅度更小，更利于機(jī)組控制，并且焓升因子和熱點(diǎn)因子與穩(wěn)定24h的基本相同，另外，需要使用不同的氙瞬態(tài)理論庫(kù)才可以對(duì)堆芯進(jìn)行精確的評(píng)價(jià)。理論上機(jī)組穩(wěn)定6h進(jìn)行物理試驗(yàn)是滿足安全要求的。

選取在該院進(jìn)行治療的60例糖尿病患者展開(kāi)研究，采用隨機(jī)分配的方法將其劃分為兩組，研究組和對(duì)照組均為30例。所有納入研究的患者均符合世界衛(wèi)生組織所發(fā)布的關(guān)于糖尿病評(píng)測(cè)以及分型標(biāo)準(zhǔn)[2]，所有患者均知情該次研究，并簽署知情同意書。對(duì)照組包括16例男性，14例女性，年齡 40～75歲，平均年齡為（58.4±6.7）歲。研究組中男性、女性分別為17例、13例，年齡在 38～76歲范圍之內(nèi)，平均年齡（59.1±6.9）歲。 兩組患者一般資料具有可比性，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

3 現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析

3.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和安全準(zhǔn)則

該核電廠在1號(hào)機(jī)組第4循環(huán)的升功率階段，分別在30%FP和75%FP功率平臺(tái)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，即在6h和24h各進(jìn)行了一次通量圖試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均滿足安全準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并且試驗(yàn)結(jié)果偏差非常小，見(jiàn)表2和表3。

表2 H1C04循環(huán)30%FP功率平臺(tái)通量圖試驗(yàn)結(jié)果

表3 H1C04循環(huán)75%FP功率平臺(tái)通量圖試驗(yàn)結(jié)果

3.2 組件功率偏差對(duì)比(以30%FP功率平臺(tái)數(shù)據(jù)為例)

通過(guò)對(duì)30%FP功率平臺(tái)的6h和24h全通量圖數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，兩次通量圖中相同位置的每組組件(共157組)的相對(duì)功率和組件功率偏差均十分接近，最大組件功率偏差之差小于2.3%。為了更直觀的分析每個(gè)組件的相對(duì)功率偏差，將兩個(gè)通量圖相同位置的組件功率偏差值制作成圖6，從圖中也可以看出兩次通量圖的數(shù)據(jù)均十分接近，偏差小于1%。

圖6 30%FP功率平臺(tái)組件功率偏差對(duì)比圖Fig.6 Comparison of Assembly Power Deviation at 30%FP Power Level

為了比較每個(gè)功率平臺(tái)徑向功率分布變化，利用非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法，計(jì)算比較徑向組件功率的皮爾森相關(guān)系數(shù)(Pearson)和斯皮爾曼系數(shù)(Spearman)(相關(guān)系數(shù)越接近1，表明二者一致性越高)。計(jì)算表明二者相似性非常高，見(jiàn)表4。

表4 徑向功率分布比較表

3.3 軸向功率分布(PMOY(Z))對(duì)比(以30%FP功率平臺(tái)數(shù)據(jù)為例)

將6h和24h全通量圖結(jié)果中軸向功率分布做成圖表，見(jiàn)圖7。

圖7 30%FP功率平臺(tái)軸向功率分布(PMOY(Z))對(duì)比圖Fig.7 Comparison of Axial Power Distribution(PMOY(Z)) at 30%FP Power Level

從圖中可以看出堆芯穩(wěn)定6h和24h軸向功率分布曲線重疊較好，最大相對(duì)偏差是3.6%。

3.4 徑向功率峰值因子(FXY)對(duì)比(以30%FP功率平臺(tái)數(shù)據(jù)為例)

將6h和24h全通量圖結(jié)果中徑向功率峰值因子(FXY)做成圖表，見(jiàn)圖8。

圖8 30%FP功率平臺(tái)徑向功率峰值因子(FXY)對(duì)比圖Fig.8 Comparison of Radial Power Peak Factor(FXY) at 30%FP Power Level

從圖中可以看出堆芯穩(wěn)定6h和24h徑向功率峰值因子分布曲線重疊較好，最大相對(duì)偏差是2.8%。

3.5 熱點(diǎn)因子對(duì)比(以30%FP功率平臺(tái)數(shù)據(jù)為例)

將6h和24h全通量圖結(jié)果中熱點(diǎn)因子做成圖表，見(jiàn)圖9。

圖9 30%FP功率平臺(tái)熱點(diǎn)因子對(duì)比圖Fig.9 Comparison of Hotspot Factor at 30%FP Power Level

從圖中可以看出堆芯穩(wěn)定6h和24h的熱點(diǎn)因子值重疊較好，最大相對(duì)偏差是4%。

4 結(jié)論

(1) 縮短升功率平臺(tái)穩(wěn)定時(shí)間，可以提高核電廠的負(fù)荷因子和經(jīng)濟(jì)性。從理論分析和實(shí)際試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果可以得出：升功率物理試驗(yàn)平臺(tái)穩(wěn)定6h進(jìn)行通量圖試驗(yàn)是可行的，評(píng)價(jià)堆芯安全是可信的。

(2) 從外部反饋和對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果可以得出升功率平臺(tái)穩(wěn)定6h對(duì)堆芯安全是有保障的。

[1] 王紅霞，程和平，霍小東等. 田灣核電站物理試驗(yàn)縮短低功率臺(tái)階運(yùn)行時(shí)間可行性論證 中國(guó)核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報(bào)告——中國(guó)核學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集(第一卷·第2冊(cè))[C] 2009

Demonstration and Implementation of Optimization of Power Escalation Physics Tests for North Nuclear Power Plant

GUO Jian，CAO Yun-long

(Liaoning Hongyanhe Nuclear Power Co., Ltd，Liaoning，Dalian，116001，China)

During the period of reloading startup physics tests of Nuclear Power Plant in which the core power is enhanced to the state of full power step by step, it usually takes 24h for xenon to reach equilibrium. With the software upgraded, it’s possible to calculate the theory database in the cases of unstable states of xenon poisoning already. The software of SCIENCE has been used to simulate the results of flux map in conditions of different power steps and different time intervals in this article. It indicates theoretically that the results of physics tests can meet the security requirements when the physics tests are performed after the plant unit being stabled for 6h. According to the analysis based on comparison between the simulated results and measurement datum provided by the cycle 4 of unit 1 of the plant , it is further pointed out that the measurement after 6h continuous operation at different step is feasible.

Physics tests； Xe equilibrium； Lower power step

2017-03-03

郭 建(1982—)，男，工程師，現(xiàn)主要從事電廠反應(yīng)堆物理、熱工水力和堆芯燃料管理工作

TL363

A

0258-0918(2017)03-0514-06